南沙海槽岩石圈热-流变结构与动力学演化分析

南沙海槽前陆盆地是我国南海南缘陆架区重要的含油气盆地,海槽之下陆壳减薄的原因、前陆区逆冲推覆构造的变形机制是南海地球动力学研究的重要科学问题。利用地震、重磁、地热观测资料,依据地震沉积地层分析、重磁反演分析、地幔流应力场分析、热-流变学分析方法,文中计算了南沙海区地壳结构特征、南沙海槽逆冲推覆热-流变学结构。结果表明:南沙海区Moho面深度在18~26km,其中海槽区Moho面最浅,由海槽中心向东南至陆坡,Moho面由20km快速下降到26km深度,说明南沙海区陆壳结构曾发生过强烈的构造变动。南沙海区地壳累积流变强度FC与岩石圈累积流变强度FL之比小于80%,显示为一个整体陆壳地块,岛礁区大部分地段地壳热流QC与海底热流Q0之比大于60%,为"热壳冷幔"型热结构,而海槽区情况正相反,QC/Q0小于40%,为"冷壳热幔"型热结构。南沙海槽Moho面温度在300~700℃,地壳整体温度较低,地温梯度在垂向上高、低相间成层分布,地壳浅层地温梯度在15~30℃/km,深层地温梯度大于45℃/km。南沙海槽南北两侧应力分布特征不同,北侧挤压,南侧伸展。北侧挤压区,地层挤压收缩量由深向浅减小,南侧伸展区,地层伸展量由深向浅增大,类似手风琴风箱结构。北侧黏滞系数高、流变强度大,南侧黏滞系数低、流变强度小。南侧的黏滞系数、流变强度大约比北侧低2~3个数量级,因此南沙海槽南侧比北侧更容易发生构造变形。由计算结果推测,南沙Moho面起伏或陆壳减薄与"地壳重力均衡作用"和"地幔热隆升作用"有关,海槽东南缘逆冲推覆体构造变形机制主要是"地壳缩短"作用,其次是"重力滑脱"作用。文中没有涉及南沙陆块不同地质时期Moho面、"地壳均衡"、"地幔热隆升"之间的演化关系,也没有涉及南沙海槽基底变形中"弹性挠曲"和"逆冲推覆"之间的关系。

中中新世以来南沙海槽前陆盆地演化模拟

为了理解南沙海槽前陆盆地演化过程及其动力学特征,基于中科院南海海洋研究所过去数十年获得的地球物理数据和最新国内外研究成果,在深入分析盆地构造史、沉积特征等之后,建立了中中新世以来南沙海槽前陆盆地弹性岩石圈板挠曲模型,并采用有限差分数值方法来模拟盆地演化。通过模拟重建了盆地沉积沉降、构造活动、挠曲变形动态演化过程,预测了不同演化阶段盆地的几何形态、重力异常、沉积厚度等结果。模拟实验预测的0Ma阶段重力异常和盆地地形与实测数据拟合良好;同时模拟结果显示南沙海槽前陆盆地由构造沉积负载造成的最大盆地挠曲仅约2 300m,结合地质资料表明区域地壳在前陆盆地形成之前已经挠曲,且盆地挠曲可能受深部岩石圈负载作用。

南沙海槽构造-地层格架及其动力学意义

为了明确南沙海槽的构造-地层格架和成因机制,以区域二维地震剖面的解释为基础,进行断层活动性和沉降史的定量计算,在南沙海槽盆地中确定出Tg、T60、T50和T0四个一级层序界面,以这4个一级层序界面为界,将南沙海槽盆地划分出3个盆地原型:古新世-渐新世(Tg-T60)断陷盆地、早中新世(T60-T50)拗陷盆地和中中新世(T50-T0)前陆盆地;新生代以来,南沙海槽盆地的沉降中心由NW向SE逐渐迁移.区域资料对比分析表明南沙海槽前陆盆地是由多期前陆盆地叠置而成,以沙捞越造山不整合、区域深部不整合和区域浅部不整合这3个不整合面为界,划分出渐新世-早中新世、中中新世-上新世早期和上新世晚期-现今3期前陆盆地;南沙海槽属于第三期前陆盆地的组成单元,目前仍处于发育演化过程中.